智能制造之激光器:激光加工设备最核心的零部件为激光器
摘要
作为关键电子元器件,激光器备受各项激光产业政策关注
2021 年 1 月发布的《基础电子元器件产业发展行动计划(2021-2023 年)》提出要重点发展高速直调和外调制激光器、高功率激光器;2021 年 12 月《“十四五”智能制造发展规划》进一步指出要大力发展超快激光等先进激光加工装备。作为激光加工设备和其它硬件(如激光雷达)的关键零部件,国家出台的各项激光产业政策均在强调激光器国产替代的意义。
2021 年国内工业激光器规模约为 235 亿元,光纤激光器占比最高
据全球激光专业期刊《Laser Focus World》数据,2020 年中国激光器市场规模达 109.1 亿美元,约占全球激光器市场的六成;预计 2022 年将达 147 亿美元。从细分赛道看,2021 年,国内工业激光器市场规模约为 235 亿元,其中,光纤激光器市场规模约为 124.8 亿元,占比超五成。中低功率光纤激光器已基本实现国产替代,高功率光纤激光器在 2021 年国产化率约为 50%。
“激光摩尔定律”出现;超快激光器等赛道在特定场景渗透率提升
适用于宏观加工领域的光纤激光器将遵循“激光摩尔定律”,即每 18 个月其功率输出能力增长一倍,产品价格降低一半,促进了光纤激光器的产业化应用。同时,超快激光器在精细微加工领域(半导体、光学、显示等)价值凸显;蓝光激光器在某些特定场景(如锂电池的焊接)将逐步替代目前主流的红外激光器。
在一级市场中,我们认为可围绕以下主线去筛选标的:1)自研激光器上游零部件,如种子源、放大器;2)产品谱系广,超快、固体、光纤激光器等均可生产;3)掌握底层核心技术,如拥有对激光动力学过程的深刻理解、数学分析与工程计算能力,可快速进行产品研发迭代;4)出口销售收入占比较高,表明产品品牌力强。
风险
疫情反复加剧;行业竞争持续加剧;下游应用景气度下降。
正文
激光器是激光加工设备的“心脏”
激光器占激光加工设备成本的30%-50%,备受激光产业政策关注
激光被称为20世纪四大发明之一,它不是自然界中存在的光,而是人类基于量子论发明出来的光,与自然光相比,具有强度高、单色性好、相干性好、方向性好等特点。激光器是用来产生激光的部件,是激光加工设备中最核心的零部件,占成套激光加工设备总成本的30%-50%。典型的激光器,由增益介质(发出能量)、泵浦源(提升能量)、谐振腔(两面互相平行的镜子)等部分组成。
激光器根据增益介质可分为:液体、气体、固体、光纤、半导体、全固态和混合激光器;根据工作方式可分为:连续、脉冲 、毫秒、微秒、纳秒、皮秒、飞秒激光器;根据输出波长可分为:红外、可见光、紫外激光器;根据输出功率可分为:小功率、中功率和高功率激光器。
近年来我国发布的《基础电子元器件产业发展行动计划(2021-2023 年)》《“十四五”智能制造发展规划》提出要重点发展高速直调和外调制激光器、高功率激光器、超快激光器等高端激光器,国内激光器厂商应积极顺应政策,加大研发投入和产品迭代,为整条激光产业链贡献力量。
光纤激光器、固体激光器各有所长
光纤激光器由于其平均功率高、热效应强的特点,被广泛地应用于宏观加工领域的金属材料切割、焊接、钻孔、烧结等;固体激光器则具有峰值功率高、热效应小、加工精度高的特点,一般主要用于薄性、脆性材料和非金属材料的精细微加工领域,特别地,短波长、短脉宽的紫外超快固体激光器在精细微加工领域应用最为广泛。
2021 年,国内工业激光器市场规模约为 235 亿元,其中,光纤激光器市场规模约为 124.8 亿元,占比超五成。中低功率光纤激光器已基本实现国产替代,高功率光纤激光器在 2021 年国产化率约为 50%,随着“激光摩尔定律”演进,预计高功率光纤激光器国产替代的速度将加快。由于激光器赛道存在品牌效应,下游客户对国外品牌的认可度依旧颇高(若激光器选择不当,影响整套激光加工设备的性能),国产品牌固体(超快)激光器在精细微加工领域渗透率亟待提高。
图表:2015-2019年全球不同种类工业激光器市场规模(单位:亿美元)
资料来源:华西证券,至美研究院
同时,特定场景中,某些细分赛道激光器加快渗透,例如,蓝光激光器在锂电池的焊接环节中将逐步替代目前主流的红外激光器。
激光器厂商竞争优势体现在哪?
能否进行产业链垂直一体化是主要区分标准
我们以上市公司德龙激光为例,在激光产业链上游:德龙激光可自产激光器核心零部件种子源、放大器;同时自产激光加工设备核心零部件视觉影像系统、精密运动平台;在激光产业链中游:自产纳秒激光器、超快激光器和可变脉宽激光器;在激光产业链下游:面向半导体及光学、显示、消费电子和科研领域提供激光加工设备。同时,锐科激光、创鑫激光等龙头业已实现泵浦源封装、合束器、光纤光栅等核心器件的自制;锐科激光还通过收购武汉睿芯光纤进军上游特种光纤。
掌握底层核心能力有助于拓展多个下游应用行业
在下游行业景气度发生负面变化时,若激光器厂商产品谱系广(超快、固体、光纤激光器等均可生产),且掌握底层核心技术,如拥有对激光动力学过程的深刻理解、数学分析与工程计算能力,则可横向拓展至其它景气度高的行业,例如营收依赖于消费电子的激光器龙头英诺激光今年财务数据大降(前三季度公司实现营收为2.41亿元,同比减少18.01%,实现归母净利润为2291.08万元,同比减少65.44%),近期宣布进军当前及可预见的未来景气度高的光伏领域。
总结而言,激光器作为下游激光加工设备中最核心的零部件,技术门槛较以软硬件集成为主的设备要高,对下游的议价能力和毛利率也因此较高。激光器细分赛道众多,目前以光纤激光器和固体激光器为主,两者各有所长,光纤激光器被广泛应用于宏观加工领域的金属材料切割、焊接等,而固体激光器更适合于精细微加工领域(如集成电路、光学等);2015 年以来,超快激光器、蓝光激光器等在特定场景中渗透率逐渐提升。一级市场中,纯做激光器业务的公司,若能加大研发投入,发力垂直一体化(即自产激光器光学零部件和布局激光设备),我们认为,此类企业有望抓住高端激光器和激光加工设备市场国产化率不断提高的窗口期,享受更高的估值溢价。